Exactly equivalent thermal conductivity in finite systems from equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulations
在以前的论文[物理评论B \textbf{103}，035417（2021）]中，我们表明平衡分子动力学（EMD）方法可用于计算有限系统的表观热导率。结果表明，对于具有畴长$2L$的体系，EMD得到的表观热导率与非平衡分子动力学（NEMD）得到的具有畴长$L$的体系的表观热导率相等。以具有精确机器学习潜力的单层硅为例，在这里，我们表明，如果NEMD在传输方向上应用周期性边界条件，则EMD和NEMD的热导率值对于相同的域长度一致。因此，我们的研究结果建立了一个确切的等效EMD和NEMD的热导率计算。
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the lattice thermal conductivity of CuInTe2
采用经典的分子动力学模拟，通过拟合第一性原理总能量计算，构造了一个简单有效的Morse型原子间相互作用势，预测了热电材料CuInTe 2的晶格热导率.在300 ~ 900 K的较宽温度范围内，我们的模拟结果与实验测量值以及由声子玻尔兹曼输运方程得到的结果吻合较好。通过引入Cd杂质和Cu空位，可以有效降低CuInTe 2的热导率，进一步提高该黄铜矿化合物的热电性能。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of armchair black phosphorus nanotubes: a molecular dynamics study
基于分子动力学模拟定性分析，研究了尺寸、应变和空位对扶手椅型黑磷纳米管热性能的影响。结果表明，由于声子输运路径的限制，纳米管的热导率具有明显的尺寸效应，且与纳米管的直径和长度密切相关。由于低频声子的增强，轴向拉伸应变可以促进热输运。相反，压缩应变削弱了热输运由于周围的弯曲纳米管的声子散射增强。此外，热导率显着降低单空位，特别是在高缺陷浓度。
2017-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Prediction of Thermal Conductivity of GaN Films and Wires at Realistic Length Scales
最近的分子动力学模拟方法使散装材料的热导率估计。在这些模拟中，周期性的边界条件被用来扩展系统的热力学极限尺寸。这种策略不能用于具有有限尺寸的纳米结构，其通常比直接模拟的尺寸大得多。桥接模拟和实际的纳米结构之间的长度尺度，我们进行大规模的分子动力学计算的热导率在不同的系统尺寸检查最近开发的电导率与尺寸缩放理论的膜和线配置。我们表明，通过适当的应用的标度律，可靠的插值可以用来准确地预测薄膜和电线的热导率作为一个函数的薄膜厚度或电线半径在现实的长度尺度从分子动力学模拟。我们应用这种方法来预测GAN纤锌矿纳米结构的热导率。
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Les MÉthodes De RÉsolution De Type " Lattice Boltzmann " Sont-Elles Utilisables Pour Simuler Les Jets Plasmas SoufflÉs AtmosphÉriques UtilisÉs En Projection ?
本文采用一种新的流体动力学数值方法--格子玻尔兹曼方法（LBM），对大气压氩氮等离子体射流中的流场进行了数值模拟。考虑了轴对称性以及密度、粘度和电导率随温度的变化。结果的可靠性由共享软件GENMIX和Jets & Poudres评估。
2010-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties and thermal conductivity of graphitic carbon nitride: A molecular dynamics study
石墨氮化碳纳米片由于其独特的物理化学性质而成为二维纳米材料中最具吸引力的材料之一，然而，关于其机械和热性能的信息还不充分。因此，我们采用经典的分子动力学模拟研究了两种主要结构的单层三嗪基g-C3 N4薄膜的热导率和力学响应，通过单轴拉伸模拟，我们发现两种不同结构的g-C3 N4薄膜的弹性模量分别为320和210 GPa，拉伸强度分别为47和30 GPa。使用平衡分子动力学模拟，独立的g-C3 N4结构的热导率也被预测为约7.6 W/mK和3.5 W/mK。我们的研究表明，g-C3 N4薄膜作为令人兴奋的候选增强聚合物材料的机械性能。
2017-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics study of the effect of moisture and porosity on thermal conductivity of tobermorite 14 Å
采用ClayFF势的分子动力学模拟方法，研究了水分和孔隙率对雪硅钙石14 ~水泥石导热系数的影响。计算结果表明，导热系数随孔隙内质量含水率的增加而单调增加，线性拟合函数的斜率随孔隙率的增加而减小。同时，归一化的导热系数被发现增加按体积的水分含量呈指数增加。本文用多孔湿雪硅钙石14 <$m ~的声子态密度解释了单个原子和分子对热性质的贡献。研究结果可为水泥、混凝土等高保温材料的节能建筑设计提供参考。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci
A Comparative Study of Molecular Dynamics Approaches for Simulating Ionic Conductivity in Solid Lithium Electrolytes
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Mila – Quebec AI Institute（米拉-魁北克人工智能研究所）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）；Institut Courtois, Université de Montréal（蒙特利尔大学库尔图瓦研究所）
本文比较了密度泛函理论和通用机器学习互原子势在模拟21种固态锂电解质离子导电性中的性能，发现两者表现相当，尽管MACE在GPU上比DFT快350倍。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Origin of high thermal conductivity in disentangled ultra-high molecular weight polyethylene films: ballistic phonons within enlarged crystals
取向聚合物的热输运性质具有重要的理论意义和实用价值。最近在解缠结的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜中报道了高热导率（$\gtrsim 50$ Wm $^{-1}$ K $^{-1}$），大大超过了先前报道的取向膜的值。然而，相互矛盾的解释已经提出了高热导率的微观起源。在这里，我们报告的热导率和平均自由程累积功能的解缠结UHMWPE薄膜（拉伸比$\sim 200$）使用低温稳态热导率测量和瞬态光栅光谱的表征。在30 - 300 K的温度范围内，我们观察到热导率与光栅周期的显著相关性.考虑到这一观察，低温体热导率的测量，和分析使用各向异性德拜模型，我们得出结论，纵向原子振动的平均自由程约400纳米是主要的热载体和拉伸比$\gtrsim 150$的高热导率产生的扩大与拉伸扩展晶体。平均自由程似乎仍然受到扩展晶体尺寸的限制，这表明尚未实现解缠结UHMWPE膜的热导率上限。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of porous jennite by molecular dynamics method
采用分子动力学方法，在ClayFF力场的作用下，模拟了水泥浆体中主要组分-多孔镁铝榴石的导热系数及其孔隙率和温度的相关性。通过去除块状jennite模型中球体内的原子，得到了具有不同孔隙率的多孔jennite模型。在300 K时，用平衡Green-Kubo方法和非平衡Müller-Plathe（MP）方法计算的块体jennite的导热系数基本一致。在300 K时，多孔镁铝榴石的体积热导率随着孔隙率从0%增加到72.22%而从1.141 W/m $\cdot$ K减小到0.144 W/m $\cdot$ K，并符合经验相干势模型。随着温度的升高，孔隙率为0、15.99和32.79%的多孔珍妮岩的热导率从240 K增加到560 K，然后逐渐减小，直到1100 K。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
High thermal conductivity of bulk epoxy resin by bottom-up parallel-linking and strain: a molecular dynamics study
非晶态环氧树脂的超低热导率（~0.3 Wm-1 K-1）显著限制了其在电子领域的应用。传统的自上而下的方法如静电纺丝通常能使线型聚合物形成取向结构，从而使导热性能得到满意的提高，但对于由单体和固化剂聚合而成的环氧树脂，由于交联网络结构完全不同，这种方法就显得不足了。在此，我们提出了一种自下而上的策略，即平行连接法，以提高本体环氧树脂的固有热导率。通过平衡态分子动力学模拟，我们报道了平行连接的环氧树脂（PLER）的高导热系数值为0.80 Wm-1 K-1，是无定形结构的两倍多。此外，通过沿链内方向施加单轴拉伸应变，获得了热导率的进一步增强，达到6.45 Wm-1 K-1。有趣的是，我们还观察到链间热导率随着应变的增加而降低。还研究了环氧树脂的单链，并且令人惊讶的是，通过拉伸应变，其热导率提高了30倍，高达33.8 Wm-1 K-1。本研究为高导热环氧树脂的设计和制备提供了新的思路。
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Elastic moduli and thermal conductivity of quantum materials at finite temperature
提出基于非谐晶格动力学和玻尔兹曼输运方程的方法，结合TDEP与机器学习哈密顿量，计算量子材料有限温度下的弹性模量和热导率，在50-1200K硅上验证有效。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity reduction in carbon nanotube by fullerene encapsulation: A molecular dynamics study
单壁碳纳米管（SWCNT）在其原始形式下具有高导热性，其进一步的改进引起了很多兴趣。一些理论研究表明，C $_{60}$富勒烯包封显著增强了$(10,10)$ SWCNT的热导率。然而，最近对单壁碳纳米管束的实验表明，富勒烯封装导致热导率的降低而不是增加。在这里，我们采用三种不同的分子动力学方法来研究的影响，C $_{60}$封装在$(10,10)$单壁碳纳米管的热传输。所有三种方法一致地预测$(10,10)$ SWCNT的热导率在通过$20\%-30\%$封装C $_{60}$后降低，与SWCNT束的实验结果一致。我们证明，有一个模拟工件中的Green-Kubo方法，它给出了巨大的人工对流的热导率。我们的研究结果表明，C $_{60}$分子进行很少的热量相比，外部单壁碳纳米管和减少声子平均自由程的单壁碳纳米管诱导额外的声子散射。我们还发现，一个$(10,10)$单壁碳纳米管的热导率单调下降，增加填充率的C $_{60}$分子。
2020-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity calculation in anisotropic crystals by molecular dynamics : application to alpha-Fe2O3
在这项工作中，我们的目标是使用经典的分子动力学模拟和专门的数值方法来研究材料的热性能。我们主要集中在导热系数κ使用非平衡分子动力学研究的结晶固体，即赤铁矿（α-Fe 2 O3），施加的热通量的响应，是在现实生活中的应用。我们提出了一种计算κ的方法以及赤铁矿的适应潜力。考虑到模拟箱的大小，我们表明，不仅纵向尺寸（在热通量的方向上），而且横向尺寸在κ的确定中起作用，并且应该适当地收敛，以获得可靠的结果。此外，我们提出了在两个不同的晶体学方向的热导率计算的比较，以突出的空间各向异性，我们调查的非线性温度行为通常观察到NEMD方法。
2017-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of intrinsic defects on the thermal conductivity of PbTe from classical molecular dynamics simulations
尽管是典型的热电材料，但时至今日，这些材料的效率方面的一些最令人兴奋的进展仍是通过调整PbTe的特性来实现的。其固有的低晶格热导率可以通过设计能够在宽范围的长度尺度上散射声子的结构来降低到其基本极限。本征缺陷，如空位或晶界，可以并确实发挥这些散射网站的作用。在这里，我们评估这些缺陷的影响，通过分子动力学模拟。为此，我们特意参数化白金汉潜力，提供了一个很好的描述这种材料的热导率在很宽的温度范围内。我们的研究结果表明，本征点缺陷和晶界可以降低PbTe的晶格电导率下降到其体值的四分之一。通过研究的尺寸依赖性，我们还表明，在实验中实现的典型的缺陷浓度和晶粒尺寸通常对应于原始PbTe的体晶格电导率。
2019-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Boltzmann versus Molecular Dynamics simulation of nano-hydrodynamic flows
通过分子动力学（MD）计算机模拟，并与格子玻尔兹曼（LB）模拟的结果进行比较，在一个简单的稠密液体中的流体流动，通过在二维薄膜几何形状的障碍物。通过适当的长度和时间单位从LB到MD的映射，从MD得到的速度场被LB定量地再现。这一发现的影响进行了讨论的前瞻性LB-MD多尺度应用。
2006-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Phonon Lifetimes and Thermal Conductivity of the Molecular Crystal $α$-RDX
采用三种基于声子的导热模型对有机分子晶体$α$ -RDX的传热性能进行了研究。研究发现，广泛使用的Peierls-Boltzmann模型在结晶材料中的热输运打破了$α$ -RDX。我们表明，这种故障是由于一个很大程度的非谐性，导致扩散类载流子的主导地位。尽管是针对无序系统发展的，但艾伦-费尔德曼导热理论实际上给出了热输运的最佳描述。这可能是因为扩散载体贡献了$α$ -RDX中超过95%的热导率。扩散载流子的优势大于以前在其他完全有序的晶体系统中观察到的。这些结果表明，范德华键合的有机结晶固体以比简单原子晶体更类似于无定形材料的方式导热。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Finite size effects in determination of thermal conductivities: comparing molecular dynamics results with simple models
纳米物体或纳米结构材料的热导率可以使用非平衡分子动力学（NEMD）模拟来确定。该技术原理简单，类似于数字保护热板实验。“样品”被放置在由恒温原子组组成的热源和冷源之间。热导率由穿过样品的热通量和系统中的温度分布获得。然而，模拟结果，表现出很强的依赖性的样品尺寸上的热导率。在本文中，我们讨论了这种尺寸依赖性的物理起源，通过比较MD结果与简单的模型的基础上固体的谐波理论的热导率。提出了一个模型来解释的热导率随系统尺寸的变化。
2003-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of the Green-Kubo and homogeneous non-equilibrium molecular dynamics methods for calculating thermal conductivity
不同的分子动力学方法如直接方法、Green-Kubo（GK）方法和均相非平衡分子动力学（HNEMD）方法已被广泛用于计算晶格热导率（$κ_\ell$）。虽然前两种方法已经被广泛使用和比较，但缺乏这些方法与HNEMD方法的比较。聚焦于基本的计算参数，我们提出了一个详细的比较GK和HNEMD方法的体硅和空位硅使用Stillinger-Weber势。对于批量计算，我们发现这两种方法都表现良好，并在可接受的不确定性范围内产生$κ_\ell$。在空位计算的情况下，HNEMD方法比GK方法具有轻微的优势，因为对于较低的$κ_\ell$值，它在计算上变得更便宜。本研究为HNEMD方法在$κ_\ell$计算中应用于纳米孔洞、位错、界面等晶格缺陷的计算提供了参考。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Charge transport in gapless chiral electron systems with arbitrary band dispersion
使用半经典玻尔兹曼输运理论，我们解析地考虑直流电荷输运在无隙电子空穴（手性和非手性）系统中的电阻散射的存在下，由于静态无序所产生的随机淬灭杂质的背景。我们得到的玻尔兹曼电导率对载流子密度和温度的依赖性为任意带色散在任意维度假设长距离（$\sim 1/r$）库仑无序和零距离白噪声无序[ $\sim δ(r)$ ]。我们建立的温度和密度依赖性的玻尔兹曼电导率表现出标度行为，分别确定本征半金属或非本征金属性质的无隙系统。我们的研究结果同样适用于手性和非手性的无隙系统，并提供了一个定性的理解的玻尔兹曼电导率的依赖于带色散在任意维度。
2015-05-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Heat conduction in multifunctional nanotrusses studied using Boltzmann transport equation
具有低密度、低热导率和高刚度的材料在工程应用中是理想的，但是大多数材料由于它们之间的耦合而不能同时实现这些特性。纳米桁架由中空纳米级梁构建成周期性桁架结构，由于其晶格结构和纳米级特征，可以潜在地破坏这些耦合。在这项工作中，我们研究了热传导的精确纳米桁架几何形状，通过求解频率相关的玻尔兹曼输运方程，使用方差减少蒙特卡罗算法。我们发现，它们的热导率可以描述只有两个参数，固相分数和壁厚。我们的模拟预测，纳米桁架可以实现独特的机械和热性能的组合，这是具有挑战性的，以实现在典型的材料。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic thermal conductivity and mechanical properties of phagraphene: A molecular dynamics study
Phagraphene是一种新的二维碳同素异形体，具有有趣的电子性质，最近被理论上提出。Phagraphene类似于具有五边形、七边形和六边形环排列的缺陷石墨烯结构。本研究以分子动力学模拟探讨噬格菲的热传导与力学性质。利用非平衡分子动力学方法，我们发现phagraphene的热导率是各向异性的，室温下沿扶手椅方向的值为$218 \pm 20$ W/m-K，沿锯齿形方向的值为$285 \pm 29$ W/m-K.这两个值都比原始石墨烯小一个数量级。声子群速度的分析也表明，与石墨烯相比，phagraphene的这个量显著减少。通过单轴拉伸模拟，研究了噬菌体的变形过程和力学响应。我们发现phagraphene在$85 \pm 2$ GPa附近表现出显著的高拉伸强度，而其弹性模量沿面内方向也是各向异性的，扶手椅和Z字形方向的值分别为$870 \pm 15$ GPa和$800 \pm 14$ GPa。phagraphene较低的热导率及其预测的电子特性表明，它可能是未来碳基热电器件中比石墨烯更好的候选者。
2017-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Boltzmann Transport in Nanostructures as a Friction Effect
当晶体长度减小或温度降低时，表面散射是介电晶体中热输运的关键限制因素。为了解释这种现象，通常假设热载体的平均自由程受晶体尺寸的约束，并且热导率以与这种平均自由程成比例的方式减小。我们在这里表明，这些结论依赖于简化的假设和近似的传输模型。相反，从线性化玻尔兹曼输运方程的弛豫基，我们展示了如何可以减少到一组解耦的线性微分方程的问题。然后，热流可以被解释为流体动力学现象，其中弛豫气体在表面附近通过摩擦效应而减慢，类似于管道中粘性流体的通量。作为一个例子，我们研究了单层二硫化钼的带状物和沟槽，描述了重建样品内部温度和热导率分布的过程，并展示了如何估计纳米结构的影响。该方法是通用的，并且可以扩展到其他传输载流子，例如电子，或者扩展到更高维度的材料和不同的几何形状，例如薄膜。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Towards More Accurate Molecular Dynamics Calculation of Thermal Conductivity. Case Study: GaN Bulk Crystals
文献中使用分子动力学模拟计算的各种系统的热导率存在显着差异。在某些情况下，非物理的结果，例如，负的热导率，已经found.Use GAN作为一个例子的情况下，直接非平衡方法，广泛的分子动力学模拟和Monte Carlo分析的结果已经进行了量化的分子动力学方法的不确定性水平，并确定的条件，可以产生足够准确的热导率计算。我们发现，计算的误差主要是由于统计热涨落。将结果外推到无限大系统的极限往往会放大误差，偶尔会导致非物理结果。批量估计的误差可以通过在一系列样本长度上使用适当选择的系统执行更长的时间平均来减少。如果与每个样品长度相关的电导率估计值的误差保持在某一阈值以下，则获得非物理体积值的可能性变得微不足道。使用蒙特卡罗方法开发这里，我们已经确定了使用直接方法获得的体热导率的概率分布。我们还观察到一种非线性效应，这种效应可能成为重大误差的来源。对于这里给出的非常精确的结果，我们预测[0001] GAN热导率在300 K时为185 $\rm{W/K \cdot m}$，在500 K时为102 $\rm{W/K \cdot m}$，在800 K时为74 $\rm{W/K \cdot m}$。利用在工作中获得的见解，我们已经实现了相应的误差水平（标准偏差）的散装（无限样品长度）GAN热导率小于10 $\rm{W/K \cdot m}$，5 $\rm{W/K \cdot m}$，和15 $\r…
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
P-type conductivity in cubic GaMnN layers grown by molecular beam epitaxy
采用等离子体辅助分子束外延技术在GaAs（001）衬底上生长了立方（锌掺杂）Ga 1-xMn xN薄膜。一些结构还包含立方AlN缓冲层。俄歇电子能谱和二次离子质谱研究清楚地证实了Mn掺入到立方GAN中，Mn均匀地分布在整个层中。X射线衍射研究表明，Mn掺杂的GAN膜是立方的，并且在Mn浓度x<0.1时不显示相分离。观察到的立方Ga 1-xMnxN层的P型导电性的Mn掺杂水平的宽范围内。室温下测得的空穴浓度与Mn的掺入量呈非线性关系，变化范围为3 × 10^16 ~ 5 × 10^18 cm-3。
2003-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Vertex renormalization in dc conductivity of doped chiral graphene
石墨烯的显着输运性质不仅来自Dirac类能量色散，而且来自其激发的手性性质，这使得标准半经典玻尔兹曼方法的适用性限制不清楚。在本文中，我们提供了在电子-声子相互作用的情况下，在石墨烯中的输运散射时间的量子推导。通过使用Kubo形式主义，我们明确计算的顶点修正直流电导率保留完整的手征矩阵结构的石墨烯。我们表明，至少在该政权的大化学势的玻尔兹曼图片是合理的，它也是强大的对一个小的子晶格的不等价性，部分破坏的手征性的作用。
2009-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating first-principles molecular-dynamics thermal conductivity calculations for complex systems
Institute of Materials Chemistry, TU Wien（维也纳工业大学材料化学研究所）
针对复杂体系第一性原理分子动力学热导率计算成本高、难收敛的问题，本研究分析不同降噪方法的适用场景，结合机器学习原子间势构建了适配多类体系的加速鲁棒计算工作流。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantitatively Analyzing Phonon Spectral Contribution of Thermal Conductivity Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation I: From Space Fourier Transform
探测体材料中声子输运性质的详细光谱依赖性对于在各种技术中改善结构和器件的功能和性能至关重要。目前，这些信息只能通过平衡态分子动力学模拟（EMD）框架下的声子谱能量密度（SED）或等效的时域简正模分析（TDNMA）方法提供，而在非平衡态分子动力学模拟（NEMD）中还没有实现。在本文中，我们产生了一个新的方案直接基于NEMD和晶格动力学理论，称为时域直接分解方法（TDDDM），预测声子模式比热导率。用TDDDM方法研究了Lennard-Jones（LJ）Ar和Stillinger-Weber（SW）Si两种基准样品的热导率，并与SED和TDNMA方法的结果进行了比较.这两种情况下，我们发现极好的协议，这证实了我们的TDDDM方法的有效性。TDDDM的最大优点是它可以用来研究NEMD模拟中单个声子模的尺寸效应，这是目前EMD模拟中SED和TDNMA无法解决的问题。我们发现平均自由程大于系统尺寸的声子模在NEMD中被截断，对整体热导率的贡献很小。TDDDM为NEMD预测热导率中众所周知的强尺寸效应提供了直接的物理来源。
2015-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Lattice Thermal Conductivity of Sun-Graphyne from Reverse Nonequilibrium Molecular Dynamics Simulations
Federal University of Pernambuco（伯南布哥联邦大学）；State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）；University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过反向非平衡分子动力学模拟等方法，探究新型二维碳同素异形体Sun-Graphyne的热导率与声子特性，发现其因炔键增强声子散射，热导率远低于石墨烯，适用于低热传输需求场景。
2024-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Nanoconfined Grain Boundaries Increase Conductivity of Polycrystalline Molecular Crystals
Temple University（天普大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
通过改变晶界体积分数，发现晶界显著提高多晶分子晶体的导电性，晶粒中的离子迁移较慢，而晶界中的离子迁移更快。
2026-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations for Anisotropic Thermal Conductivity of Borophene
本文采用Muller-Plathe方法对硼纳米管和硼纳米管的导热系数进行了分子动力学模拟。研究了扶手椅型和锯齿型硼杂环戊二烯的热导率，发现硼杂环戊二烯具有较强的各向异性热导率。我们比较了硼纳米管和硼纳米管的结果，发现硼纳米管的热导率与结构有关。
2017-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Density functional theory driven phononic thermal conductivity prediction of biphenylene: A comparison with graphene
联亚苯基网络（BPN）的热输运性质是最近在实验中实现的碳原子的新型sp2杂化二维同素异形体[Fan等人，Science，372 852-856（2021）]中，使用玻尔兹曼输运方程的密度泛函理论驱动解来研究。BPN中的热传输是各向异性的，尽管两种同素异形体具有相似的sp2杂化平面结构，但获得的热导率比石墨烯低一个数量级以上。BPN的低热导率被发现源于增强的非谐性，这反过来又是BPN的晶体对称性降低的结果。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Single-Layer Molybdenum Disulphide (MoS2): Stillinger-Weber Parametrization, Mechanical Properties, and Thermal Conductivity
我们提出了一个参数化的Stillinger-Weber势来描述单层MoS 2（SLMoS 2）中的原子间相互作用。将势参数与实验得到的声子谱进行拟合，得到的经验势能很好地描述了声子谱中的能隙和交叉.使用这个潜在的，我们进行经典的分子动力学模拟研究手性，尺寸和应变的影响的杨氏模量和热导率的SLMoS 2。我们证明了SLMoS 2纳米带的机械和热性能的自由边缘的重要性。具体而言，虽然发现边缘效应降低SLMoS 2纳米带的杨氏模量，但自由边缘也降低SLMoS 2纳米带的热稳定性，这可能导致熔融远低于本体熔融温度。最后，单轴应变被发现有效地操纵无限的，周期性SLMoS 2的热导率。
2013-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Estimates of the thermal conductivity and the thermoelectric properties of PbTiO$_3$ from first principles
采用{ \em ab initio}计算和半经典Boltzmann输运方程相结合的方法计算了PbTiO $_3$（PTO）的晶格热导率（$κ_{\rm L}$）.计算的$κ_{\rm L}$非常低，几乎可以与良好热电材料（如PbTe）的$κ_{\rm L}$相比。此外，电子输运量的半经典分析，这表明良好的热电性能，与优值$zT$远超过1的温度范围很宽。对于热电应用，可以通过利用不同的形态和组成来进一步减少$κ_{\rm L}$。
2015-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of strained silicon: molecular dynamics insight and kinetic theory approach
在这项工作中，我们研究了拉伸和压缩力对硅的热导率的影响。我们采用平衡分子动力学方法计算了不同原子间相互作用势下的热导率。更具体地说，我们测试了Stillinger-Weber，Tersoff，环境依赖的原子间势和改进的嵌入原子方法势，用于描述不同应变和温度条件下的硅原子运动。此外，我们从分子动力学模拟中提取了声子态密度和色散曲线。这些数据用于考虑动力学理论方法的导热系数的直接计算。比较分子动力学和动力学理论模拟结果作为应变和温度的函数，使我们能够研究影响应变硅热导率的不同因素。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Computation of the thermal conductivity using classical and quantum molecular dynamics based methods
固体氩模型的热导率进行了研究，使用非平衡分子动力学方法，以及传统的玻尔兹曼输运方程方法与输入的分子动力学计算，无论是经典和量子恒温器。一个令人惊讶的结果是，在低温下，只有经典的分子动力学技术与实验数据一致。我们认为，这种协议是由于补偿的错误，并提出了一个适当的方法计算热导率在低（德拜以下）温度的问题。
2013-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Magnonic thermal transport using the quantum Boltzmann equation
基于量子玻尔兹曼方程（QBE），我们给出了玻色体系中的热输运公式。首先，从量子动力学方程出发，利用杂质散射的玻恩近似，导出了玻色系统的QBE，并给出了温度梯度下的热输运公式。接下来，我们将该公式应用于磁振子。假设弛豫时间近似，并专注于线性响应制度，我们表明，纵向热导率的QBE表现出不同的行为从传统的。在准粒子近似下，量子边界元的热导率退化为德鲁德型，而在非准粒子近似下则不是。最后，将准粒子近似应用于量子边界效应，我们发现对传统玻尔兹曼方程的修正作为自能被积分到量子边界效应的谱函数中，这增强了热导率。因此，我们揭示了QBE的热输运性质超出了传统的。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Nanoscale Graphene Disk: A Natural Functionally Graded Material --The Thermal Conductivity of Nanoscale Graphene Disk by Molecular Dynamics Simulation
在这封信中，我们调查的数值（非平衡分子动力学）和分析纳米石墨烯盘（NGDs）的热导率，并讨论了实现功能梯度材料的可能性，只有一种材料，NGDs。我们发现，NGD具有梯度导热性，可以在很大的温度范围内用作功能梯度材料。此外，我们还研究了NGDs的热导率与半径和温度的关系。我们的研究可能会启发实验工作者开发NGD基功能梯度材料，并帮助石墨烯去除芯片上的热点。
2014-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal conductivity of molecular crystals with self-organizing disorder
在2-130 K温度区间内，测定了质子化C_2H_5OH和氘代C_2D_5OD乙醇、环状物质（环己醇C_6H_（11）OH、氰基环己烷C_6H_（11）CN、环己烯C_6H_（10））和氟里昂112（CFCl_2）_2的取向玻璃的热导率。所研究的物质表现出与无序系统物理有关的新效应。揭示了分子取向玻璃热导率的普遍温度依赖性。在低温下，热导率表现出一种普遍的行为，可以用软势模型来描述。在相对高的温度下，热导率具有模糊的最大值，然后随着温度的升高而降低，这通常发生在晶体结构中。
2014-04-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A molecular dynamics simulation study of thermal conductivity of plumbene
本研究通过分子动力学模拟，优化势参数，发现铅烯热导率约为8 W/m·K，受长度、温度、边缘类型和应变影响，为理解其热输运提供关键见解。
2023-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Conductivity and Resistivity of Dirac Electrons in Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)_2]
本文用紧束缚模型计算了单组分分子导体[Pd（dddt）_2]在压力下的电导率和电阻率，研究了压力下的Dirac电子，给出了半金属或绝缘体的节线。电导率的温度（T）依赖性表明，由于狄拉克锥，电导率在低T下在压力下线性增加，但在高T下几乎保持恒定。此外，在较低的压力下，由于非常规间隙，导电性被抑制，这是通过计算电阻率来检查的。即使在狄拉克锥所描述的情况下，电阻率也表现出类似赝隙的行为。这种行为起源于一个新的作用的节线半金属其次是一个赝隙，这是不同的带隙。本文的结果合理地解释了实验中观察到的电阻率现象。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic Conductivity of Nodal Line Semimetal in Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)$_2$]
利用紧束缚模型，研究了单组分分子导体[Pd（dddt）$_2$ ]中三维Dirac电子节线半金属的各向异性电导率.电导率显示由$σ_y > σ_x > σ_z$给出的各向异性，其与狄拉克锥的速度一致，其中$z$是层间方向，$y$是分子堆叠方向。随着压力的增加，出现节线半金属，随后是狄拉克点的环，其中$σ_x$在压力下达到最大值。通过计算态密度和化学势研究了这种压力依赖性。研究了各向异性电导率的温度依赖性，在低温下得到一个恒定的行为，这归因于狄拉克电子。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Length dependence of thermal conductivity by approach-to-equilibrium molecular dynamics
采用原子接近平衡分子动力学方法（AEMD），系统地研究了20多年来不同材料、原子间相互作用势和温度下热导率的长度依赖性.通过比较对于给定的超晶胞长度和最大声子平均自由程（MFP）获得的电导率的值，我们发现，这样的值是强烈相关的，表明AEMD计算与有限长度的超晶胞，实际上探测对应于最大声子MFP的热导率。因此，通常对于较差的热导体（例如无定形二氧化硅）观察到的不太明显的长度依赖性通过其较短的平均声子MFP在物理上是合理的。最后，我们比较了不同的解析外推的电导率无限长，并证明了常用的Matthiessen规则是不适用于AEMD。另一种外推更适合于瞬态时间，有限超胞模拟。这种近似方案也可以用来分类质量不同的原子间相互作用势模型相对于它们的预测实验热导率的能力。
2016-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of electron-phonon coupling on thermal transport in metals: a Monte Carlo approach for solving the coupled electron-phonon Boltzmann transport equations
本研究基于第一性原理开发蒙特卡罗方法求解耦合电子-声子玻尔兹曼输运方程，探究金属热输运，发现高温下电子主导输运，低温下声子贡献显著且Wiedemann-Franz定律失效。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci nucl-th
Dynamical lattice thermal conductivity, Shastry sum rule and second sound in bulk semiconductor crystals
本文讨论了立方半导体块体晶体动态晶格热导率k（W）的基本性质。计算方法是基于求解Boltzmann-Peierls声子输运方程在频域激发后的动态温度梯度，在单弛豫时间近似的框架内，使用修改的Debye-Callaway模型。我们的模型使我们能够获得一个紧凑的表达式k（W），捕获的主要行为的动态热传导的声子。这个表达式满足因果关系的要求，并导致卷积型之间的关系的热流密度，电流和温度梯度在真实的时空域与Gurtin-Pipkin理论。通过改变环境温度以及不同的内、外参数，包括嵌入半导体纳米颗粒作为外声子散射中心的影响，研究了k（W）的动力学行为。本文还探讨了Shastry求和规则的适用性以及在玻尔兹曼理论框架下二次声存在和传播的可能性。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity and thermal diffusivity of molten salts: insights from molecular dynamics simulations and fundamental bounds
本研究通过分子动力学模拟计算了LiF和KCl熔融盐的热导率与热扩散率等热性质，将其与基本物理常数下限对比，并基于原子动力学和声子激发解释热性质，发现热扩散率接近运动粘度。
2025-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Equivalence of the equilibrium and the nonequilibrium molecular dynamics methods for thermal conductivity calculations: From bulk to nanowire silicon
分子动力学模拟在研究复杂材料的热输运过程中起着重要的作用。晶格热导率可以在平衡MD（EMD）模拟中使用Green-Kubo公式或在非平衡MD（NEMD）模拟中使用傅立叶定律来计算。这两种方法还没有系统地比较不同尺寸的材料，它们之间的不一致性偶尔在文献中报道。在这里，我们给出了一个深入的比较，他们在三个同素异形体的硅：三维体硅，二维硅烯，和准一维硅纳米线的热输运方面。通过将Green-Kubo公式中的相关时间乘以适当的有效群速度，我们可以将EMD方法中的运行热导率表示为有效长度的函数，并将其与NEMD方法中的长度依赖热导率直接进行比较。我们发现，这两种方法在定量上相互一致的所有系统的研究，牢固地建立其等效计算热导率。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Structure and lattice thermal conductivity of grain boundaries in silicon by using machine learning potential and molecular dynamics
在硅中，晶格热导率在诸如热电和微电子器件的广泛应用中起着重要作用。多晶硅中的晶界（GB）可以显着降低晶格热导率，但GB原子结构对其的影响仍有待阐明。这项研究证明了使用机器学习势（MLP）对硅中GB结构，GB能量和GB声子性质的准确预测。结果表明，由于MLP是从覆盖各种结构的训练数据集开发的，因此MLP能够进行鲁棒的GB结构搜索。我们还研究了晶格热传导在四GB原子结构，使用大尺度微扰分子动力学和声子波包模拟。这些结果的比较表明，GB结构的热导率的依赖性源于非简谐振动在GB，而不是从声子传输行为在GB。与典型的经验电位的硅相比，MLP的优点也进行了深入的研究。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Correlation between molecular orbitals and doping dependence of the electrical conductivity in electron-doped Metal-Phthalocyanine compounds
我们对六种不同的电子掺杂金属酞菁（MPc）化合物（ZnPc，CuPc，NiPc，CoPc，FePc和MnPc）的电子性质进行了比较研究，其中电子密度是通过钾的嵌入来控制的。尽管这些系统的复杂性，我们发现，潜在的分子轨道的性质产生可观察到的影响，在掺杂的材料的电导率的依赖。对于所有的MPc的，其中所添加的电子预计将占据以配体（ZnPc，CuPc，和NiPc）为中心的轨道，掺杂的电导率的依赖性具有基本相同的形状。这种形状与MPc材料中观察到的不同，在MPc材料中，电子也被添加到以金属原子为中心的轨道（CoPc，FePc和MnPc）。所观察到的MPc化合物的宏观电子性质和组成分子的分子轨道的性质之间的关系，清楚地表明了丰富的碱金属掺杂的金属酞菁作为一类模型化合物的调查的分子系统的电子性质。
2006-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-throughput computational discovery of 40 ultralow thermal conductivity and 20 highly anisotropic crystalline materials
我们进行了从头算驱动的密度泛函理论为基础的高通量计算，寻找具有低热导率和高热输运各向异性的材料。我们从材料项目中筛选了429种稳定的三元半导体，并通过求解225种材料的玻尔兹曼输运方程获得了声子热导率。我们发现SbRbK 2和40材料的热导率最低为0.16W/m-K，在300 K时热导率低于1 W/m-K。对于各向异性热输运，我们已经确定了6种材料的各向异性大于5和20热输运各向异性高于最大的文献报道的值。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Minimum Electrical and Thermal Conductivity of Graphene: A Quasiclassical Approach
我们研究了石墨烯的最小电导率在一个准经典的方法，考虑到电子-空穴相干效应，这源于低能量激发的手性性质。依赖于在电子-空穴相干和非相干情况下的动力学方程的解析解，我们研究了电导率和热导率，其关系满足Wiedemann-Franz定律。我们发现，大多数以前的研究结果的基础上玻尔兹曼方程仅限于高迁移率的样品，电子空穴相干效应是不够的。
2007-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reduced thermal conductivity in molecular forests
热在准一维材料中的传播常常表现出矛盾性。虽然诸如纳米线、碳纳米管或聚合物的隔离的Q1DM可以表现出高热导率\k{appa}，但是相同材料的森林显示出\k{appa}的降低。在这里，这些组件的复杂结构阻碍了这一有趣现象的清晰分子图像的出现。我们结合多尺度（粗粒度）模拟与已知的概念，从聚合物物理学和热输运揭开一个通用的（微观）图片\k{appa}减少分子森林。我们发现，一个微妙的平衡之间的键的取向，Q1DM和弯曲振动的持久性长度管理击倒的\k{appa}。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer Nanofibers with Outstanding Thermal Conductivity and Thermal Stability: Fundamental Linkage between Molecular Characteristics and Macroscopic Thermal Properties
具有高热导率和优异热稳定性的聚合物纳米纤维在热传递关键应用中是非常理想的，例如热管理、热交换器和能量存储。在这项工作中，我们解锁的基本关系的导热性和热稳定性的聚合物纳米纤维和它们的分子特性，通过研究温度诱导的相变和热传输的一系列聚合物纳米纤维。采用大规模分子动力学模拟研究了十种不同的聚合物纳米纤维，系统地选择了分子结构。我们发现，高的热导率和良好的热稳定性，可以实现在聚合物与刚性主链，例如π共轭聚合物，由于抑制链段旋转和大的声子群速度。节段旋转的低概率不仅防止了温度诱导的相变，而且由于减少了无序散射而使声子平均自由程变长。虽然更强的链间相互作用也可以提高热稳定性，但具有这种特征的聚合物通常具有较重的原子，较弱的主链键和易受无规旋转影响的链段，这导致低热导率。这项工作阐明了聚合物纳米纤维的分子本质与宏观热性能之间的潜在联系，这有助于设计具有高温稳定性的导热聚合物纳米纤维。
2014-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Machine Learning-Assisted Exploration of Thermally Conductive Polymers Based on High-Throughput Molecular Dynamics Simulations
发现具有更高导热性的无定形聚合物是重要的，因为它们在传热应用中无处不在。随着材料信息学的最新进展，机器学习方法越来越多地被用于寻找或设计具有所需特性的材料。然而，使用机器学习寻找导热聚合物的努力相对有限，主要是由于缺乏具有合理数据量的聚合物热导率数据库。在这项工作中，我们结合高通量分子动力学（MD）模拟和机器学习来探索具有相对较高热导率（> 0.300 W/m-K）的聚合物。我们首先从现有的PolyInfo数据库中随机选择365种聚合物，并使用MD模拟计算其热导率。然后使用这些数据训练机器学习回归模型，以量化结构-热导率关系，进一步利用该模型筛选PolyInfo数据库中热导率> 0.300 W/m-K的候选聚合物。最终确定了133种MD计算的热导率高于此阈值的聚合物。在不同的模拟条件下，选择具有宽范围热导率值的聚合物进行重新计算，并且发现热导率高于0.300 W/m-K的那些聚合物大多被计算以保持高于该阈值的值，尽管精确值有波动。还构建了一个分类模型，在预测导热系数高于或低于0.300 W/m-K的聚合物时，得到了与回归模型相似的结果。这项工作的策略和结果可能有助于自动化的高导热性聚合物的设计。
2021-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
